基于数字图像相关法的混凝土全场变形测量

为了解决混凝土构件实验中大刚体位移、低应变的变形特点使常用测量技术难以胜任实验测试要求的问题,采用提高数字图像相关法(DIC)形函数阶次和选择合适的相关函数以提高图像位移模式识别的精度;结合DIC位移识别精度分析了刚体位移对变形分析的不利影响,根据双点位移识别转动角度和受力变形特点提出了刚体位移消除方法;根据混凝土构件的力学变形特性提出了由位移场求解应变分布的方法,并进行了实测验证.数字模拟试验表明,改进后的数字图像相关法能很好地消除刚体位移的影响和提高测量分析精度,实测验证实验结果也能够很好地解释构件的受力变形分布特征.与目前常用的离散、接触式测量技术相比,针对混凝土构件实验特点进行改进后的数字图像相关法能够更好地适应工程实验测试的要求.     

基于数字图像的复合岩石试验与损伤模型研究

为研究层状复合岩石破坏过程和形态,采用相似理论制作出层状复合岩石相似模型,在单轴压缩条件下观测岩石的破坏特征,结合三维数字图像相关技术(3D Digital Image Correlation,以下简称DIC)对试件的整体变形及破坏进行全过程的观测,得到复合岩石三维场的位移和应变,同时基于试件表面应变场的变化,建立了表面损伤程度与损伤因子D之间的量化关系,进而得到基于DIC表征的层状复合岩石损伤演化模型,研究结果表明：(1)层状复合岩石的破坏形态与脆性岩石特征相似,以拉伸劈裂破坏和Y型剪切破坏为主;(2)DIC试验记录的表面应变与损伤因子之间的量化关系可有效反应岩石破坏的全过程,以此为基础建立的损伤演化方程与实验数据拟合效果较好,证明了模型的合理性。     

数字图像相关的不锈钢真实应力应变关系测量

工程上广泛应用的名义应力应变曲线,在材料发生大变形时,由于应力和应变不再沿着试件均匀分布,因而不能真实反映材料在塑性阶段的本构关系。在不锈钢标准板的拉伸试验中连续采集试件散斑表面的数字图像,采用数字图像相关技术对序列数字图像进行相关运算以获得其每个变形状态下的变形场,得到了整个拉伸过程中试件的变形形态。以光学虚拟引伸计的方法分别测量横向和竖向的实时应变数据,结合体积不变理论计算得到真实应力应变曲线。采用Johnson-Cook材料模型对真实应力应变曲线进行拟合,得到了塑性本构关系;最后根据以上实验结果和真实应力应变曲线获取了材料的力学特性参数。实验结果表明了基于数字图像相关方法对不锈钢真实应力应变关系测量的有效性和可靠性,对实验结果的真实应力应变曲线后处理,获得不锈钢材料的弹性模量为169 GPa,屈服强度为236.8 MPa,并获得了Johnson-Cook简化模型的所有三个参数A、B和n的数值。     

基于数字图像相关的力学测试系统设计与应用

针对电测方法需在试件表面粘贴应变片及单点测量局限,将数字图像相关方法(Digital Image Correlation,DIC)引入到材料力学性能测试分析中。设计二维DIC系统,并将其应用于三点弯曲沥青混凝土梁的变形和应变全场测试。根据应变云图,可以直观地观察到弯曲正应变沿梁横截面线性分布的特点。实验结果表明,DIC方法可以实现变形和应变分布的全场非接触和准确测量,可为土木工程试验提供可靠的测试手段。     

不同温度下钢-改性聚氨酯混凝土界面黏结滑移性能试验研究

在钢桥运营过程中,铺装层与桥面板的黏结层常会因车辆碾压、温度等因素的影响而出现脱黏现象。近年来,国内出现一种新型改性聚氨酯混凝土,具有较好的工程适用性,已用于多座钢桥梁铺装工程。为研究该混凝土与钢桥面板的界面黏结性能,设计并制作该改性聚氨酯混凝土与Q345钢的层间复合试件。考虑温度的影响,分别在-10、15、40和60℃下进行斜剪试验。基于数字图像处理技术(DIC)采集试件界面的滑移量和应变,分析试件在不同温度下的破坏形态、界面黏结性能及界面应变分布规律。基于试验结果,建立钢-改性聚氨酯混凝土界面剪切强度、刚度与温度的关系式。研究结果表明：温度对试件界面黏结性能的影响显著,试件的界面剪切强度和刚度随温度升高而降低,而其界面极限滑移量与温度无明显关系,界面应变的绝对值均沿胶层方向从试件混凝土层的加载端到未加载端逐渐减小;随着温度升高,试件由脆性破坏向塑性破坏过渡;据所建立的钢-改性聚氨酯混凝土界面剪切强度、刚度与温度的关系式所得剪切强度、刚度计算结果与试验结果较吻合,可为聚氨酯类混凝土钢桥面铺装工程应用提供参考。     

混凝土楔入劈拉破坏的数字图像相关方法研究

通过无损检测的光学测量方法——数字图像相关方法(DIC),对楔入劈拉试验过程中的混凝土进行了表面应变变化过程的测量。采用高分辨率摄像机进行试件表面图像的采集,通过数字图像相关方法对图片进行后处理,计算出试件表面每一点的应变量。通过对应变云图的分析,研究了混凝土在楔入劈拉试验过程中的裂纹扩展。结果表明,混凝土微裂纹往往出现在砂浆和骨料的边界处,并由此发展,此方法可以预判混凝土试件的破坏位置,可以用于结构监测和检测。     

随机凿毛与切槽法新老砼粘结性能比较

人工随机凿毛法与切槽法是新旧混凝土粘结面粗糙度两种处理方法。运用此两种处理方法制作了两批新老混凝土立方体粘结试件,并进行了剪切试验。通过对剪切强度的分析可以看出随机凿毛和切槽法可以达到等效的力学性能,但沟槽法宜于控制施工质量。     

裂隙混凝土应变场和温度场演化规律试验

摘要:为了探究裂隙混凝土的破坏特征,基于数字图像相关技术和红外辐射技术,对裂隙混凝土试块进行单轴压缩试验,分析加载过程中试样表面应变场和温度场的演化规律。在本试验中,通过数字图像相关与红外辐射技术分别确定加载过程中裂隙混凝土应变集中区和表面温度场的演化情况。研究结果表明：应变集中区由预制裂隙尖端萌发,沿加载方向扩展,当裂隙混凝土轴向荷载达到峰值荷载的76.54%左右时,试件仍未有贯通裂纹产生。裂隙混凝土应变场标准差演化过程可大致划分为初始分异、匀加速分异、变加速分异3个阶段。温度场标准差演化过程大致分为匀速分异和突变分异2个阶段。不同应变场和红外辐射温度场标准差之间的相关系数在0.55~0.92之间,呈中度或高度相关关系。随着新生裂纹的扩展,试块表面的最高温度逐渐上升,上升幅度为3.33%。在试件破坏时出现连接预制裂隙的高温条带,红外辐射温度场标准差随轴向应变的增大波动增长,分异程度明显。     

高强混凝土新旧结合面抗剪性能试验

进行了11个标号C80和4个标号C40混凝土试件的单调推剪试验,得到了结合面破坏形态、剪力-滑移曲线和剪力-抗剪钢筋应变曲线,分析了混凝土强度、结合面配筋强度和结合面类型对结合面抗剪性能的影响.收集了32组国外试验数据,对比了高强混凝土结合面受剪承载力试验值与国内外相关标准的计算值.研究结果表明:试件出现了结合面剪切和试件混凝土冲切两种破坏模式;粗糙面C80试件的结合面受剪承载力小于C40试件,键槽面试件的结合面受剪承载力高于粗糙面试件;结合面的受剪承载力与配筋强度成正比;按照我国《装配式混凝土结构技术规程:JGJ 1—2014》公式计算的C80试件受剪承载力与试验值之比在0.33~0.72之间,且相比于国际结构混凝土协会、美国和欧盟规范,我国规程计算公式偏保守.利用试验数据,经回归分析,提出了高强混凝土新旧结合面受剪承载力修正建议计算公式.     

超高性能混凝土加固钢筋混凝土梁抗剪性能

为研究超高性能混凝土加固钢筋混凝土梁的抗剪性能,采用不同厚度的超高性能混凝土对梁侧面进行加固,并对其进行单点静载试验。观察梁的破坏过程和破坏模式,并根据梁的荷载-应变曲线,分析超高性能混凝土加固层对钢筋混凝土梁承载力和刚度的影响;同时,采用数字图像相关方法对试验梁的裂纹发展进行了对比分析。结果表明：与未加固梁相比,加固梁的破坏形态由脆性剪切破坏转变为延性弯剪及弯曲破坏;随着加固层厚度的增加,加固梁开裂荷载、峰值荷载和变形能力明显提高;通过数字图像相关方法,可以直接从试验梁表面获取细微变形和应变分布情况,并进一步预测试验梁表面微裂缝位置及破坏形式。最后,建立了超高性能混凝土加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力计算公式,并与试验结果进行了对比,结果吻合较好。     

基于双CCD相机的三轴试验三维成像测量技术

提出了一种基于双CCD相机的三轴试验三维成像测量技术,在三轴试验仪前后面分别放置一台CCD相机,利用具有黑白方格的橡皮膜代替传统的橡皮膜.在试验过程中对试样进行图像采集,能够捕捉试样全表面的变形.提取和跟踪图像中黑白方格的角点并对试样的边界进行识别,基于三轴试样的水平截面在变形前后均保持水平圆形平面的假设,对前后表面分别采集到的图像进行拼接处理,初步实现了三轴试验过程中试样变形的三维测量,与有限元软件ANSYS相结合,能够绘制试样表面的三维变形云图,并将这种技术应用到了硅藻土的三轴试验研究中,取得了较好的测量效果.     

混凝土损伤应变与微裂纹的实验研究

采用数字图像相关方法测量了混凝土表面损伤应变场。基于该应变场分析得到了肉眼不可见微裂纹的准确位置,并研究了混凝土立方体在单轴压缩的情况下,平均损伤应变与平均裂纹宽度的相关性。研究结果说明基于数字图像相关的混凝土表面微裂缝的定位方法是可行的。宽度小于0.1 mm微裂缝与平均损伤应变呈线性变化的关系。研究结果可用于判断混凝土微裂缝的位置、发展程度,为进行科学有效的控制或修补,提高结构安全性提供参考。     

圆形箍筋约束混凝土力学性能尺寸效应试验

为了考察约束混凝土轴压力学性能的尺寸效应,对10组圆形箍筋约束混凝土短柱进行了单调轴压试验,在试验基础上对比分析了试件几何尺寸对试件破坏特征,承载能力及变形能力的影响。试验结果表明：峰值应力随试件尺寸的增大而下降,且体积配箍率越低,下降趋势越明显;无保护层试件的峰值轴向应变、峰值环向应变以及峰值后变形能力也随试件尺寸的增大呈下降趋势;当体积配箍率较低时,保护层的存在使试件极限承载力有所提高,且大尺寸试件的提高幅度偏大;而当体积配箍率较高时,保护层对试件极限承载力贡献很小。     

加载速率对含预制锯齿状结构面类岩石试件力学性质的影响研究

采用RMT-150B岩石力学电液刚性伺服控制试验系统对含预制锯齿状结构面类岩石试件进行了单轴压缩试验,包括4级不同的加载速率,定量地分析了加载速率对峰值强度及加载速率对应变等物理力学性态的影响。结果表明,在静态加载速率下,含预制锯齿状结构面类岩石试件的峰值强度与加载速率呈非线性正相关,峰值强度以及对应的应变值与加载速率呈非线性负相关,破坏形式为沿结构面滑动剪切啃断式破坏,锯齿啃断面积基本随应变速率增大而增加。     

湿筛混凝土试件的静、动破坏数值模拟

基于数字图像方法重构生成与真实骨料一致的混凝土骨料模型.混凝土各相材料的本构模型采用混凝土塑性损伤本构模型,考虑材料的应变软化,对湿筛混凝土试件的静、动破坏进行研究.研究结果表明:(a)混凝土的应力-裂缝宽度模型适用于骨料、砂浆和界面等各相材料.(b)随着应变率增加,混凝土的破坏形式明显由单条宏观裂纹向多条裂纹变化.(c)材料惯性对材料破坏荷载有一定影响,当应变率达到60s-1时材料的动力增强因子明显增大,惯性影响不可忽略;当应变率达到80s-1时材料惯性对材料破坏荷载影响较大;当应变率小于207.8 s-1时由率效应引起的动力强度增加大于由惯性效应引起的动力强度增加.     

应变空间混凝土的破坏准则

基于混凝土的破坏主要取决于应变的特点，对平面应力、平面应变及一般三轴荷载作用下混凝土的变形和破坏特性进行了试验研究及分析。根据试验结果，定义了混凝土的不同破坏阶段及分界面的确定原则。在此基础上建立了相应于不同破坏阶段的应变空间的破坏准则。其特点是：考虑了主应变与剪应变间的非线性关系，且与试验结果符合较好．